基于声发射技术的钢桥面板疲劳损伤监测与评估

采用多种监测技术融合手段, 对正交异性钢桥面板开展了疲劳损伤监测与评估, 包括足尺正交异性钢桥面板节段模型疲劳试验与某公路斜拉桥正交异性钢桥面板运营阶段的疲劳损伤监测; 在正交异性钢桥面板疲劳试验中, 综合采用了美国物理声学(PAC)声发射(AE)传感器、智能锆钛酸铅压电漆(PZT)传感器和应变片进行了粘贴钢板冷加固前后的疲劳裂纹监测; 对处于运营阶段的斜拉桥钢桥面板疲劳开裂区域, 采用了粘贴角钢的冷加固方法进行加固, 并对加固前后的桥梁结构开展了AE监测和应变监测以研究疲劳裂纹状态与检验冷加固方法的效果。疲劳试验与监测结果表明: PAC的AE传感器和智能PZT传感器能有效捕捉具有突发峰值与快速衰减特征的疲劳扩展信号, 二者的协同应用实现了疲劳裂纹智能感知, PAC的AE传感器组能实时捕捉纵肋上的疲劳裂纹扩展长度和方向; 粘贴钢板冷加固后, 应力水平稳定在64.8 MPa, 直到继续循环加载至512万次仍无疲劳裂纹扩展, 验证了正交异性钢桥面板粘贴钢板疲劳冷加固措施的良好加固效果; 在疲劳试验过程中, PAC的AE传感器和智能PZT传感器监测疲劳裂纹扩展结果一致性良好, 与应变片相比可实时捕捉更丰富的疲劳裂纹动态信息。对运营阶段正交异性钢桥面板疲劳监测与评估结果表明: 加固前AE监测结果峰值能量是加固后峰值能量的5倍, AE累积信号由加固前的密集分布改变为加固后的稀散分布, 表明加固后的钢桥面板疲劳裂纹处于稳定状态; 随着加载车辆行驶通过, 冷加固后的疲劳裂纹尖端应力峰值降低40%至50%;对比加固前后的24 h疲劳应力连续监测结果, 疲劳细节附近应变片的应变水平从加固前的78 MPa下降至加固后的48 MPa; AE信号峰值能量、AE累积信号和应力水平的监测结果均证明了冷加固技术对正交异性钢桥面板疲劳开裂加固的有效性。      

公路混凝土桥梁疲劳寿命安全评估方法

公路桥梁疲劳寿命的准确评估,对于车辆行驶安全具有重要的现实意义,基于此,提出并设计了一种基于S-N曲线的公路混凝土桥梁疲劳寿命安全评估方法。利用混凝土外荷载与疲劳寿命间的关系,建立S-N评估曲线,进而确定桥梁混凝土的临界裂纹尺寸,在此基础上,对其安全裂纹拓展尺寸进行计算,实现公路桥梁疲劳寿命的准确评估。通过实验论证分析的方式,确定基于S-N曲线评估方法的有效性,结果表明,该方法能够较好地预测公路混凝土桥梁的疲劳使用寿命,较弹性力学评估方法具有明显的优势。     

预应力混凝土连续箱梁桥混凝土疲劳应力限值研究

大量预应力混凝土连续箱梁桥在服役期内发生腹板斜裂缝病害,引发了研究人员对于混凝土疲劳应力问题的探讨．结合中国的预应力混凝土桥涵设计规范与混凝土结构设计规范（GB50010—2002）、英国BSEN1992—1—1混凝土设计细则、欧洲CEB—FIPMC1990规范和美国AASHTO2004规范关于混凝土疲劳应力验算的规定,对混凝土疲劳应力验算方法进行了比较．并以某预应力混凝土连续箱梁桥为例,对各规范中混凝土疲劳验算的具体过程进行了计算与分析,验证了规范的合理性以及适用性．分析结果表明,中国规范的疲劳应力限值较国外规范偏高．在对构件进行疲劳设计时,推荐采用CEB—FIP规范提供的验算方法．     

海洋平台KK型管节点的疲劳性能试验研究

以某自升式海洋平台为研究对象,进行了空间KK型管节点在轴力作用下的疲劳性能的试验研究.通过对管节点模型的试验测试,得到了KK节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的热点应力分布及节点的应力集中系数,并采用S-N曲线法对KK型管节点的疲劳寿命进行估算.通过对比分析,指出了试验方法与规范计算方法在管节点疲劳性能分析上的差异性.     

旧砼路面板上沥青加铺层直道试验研究

对不同结构方案下的旧水泥混凝土路面板上沥青混凝土加铺层结构进行直道试验,分析研究了不同轴重及荷载次数作用下的接缝弯沉差、车辙变形以及路面的疲劳特性,并对比了沥青加铺材料及结构优劣性.结果表明,在不同轴载的反复作用下,所研究的新型沥青混凝土材料在接缝路表弯沉、车辙变形量和路面结构的抗剪切疲劳特性等方面都优于普通的AC-20沥青混凝土.     

开口肋正交异性钢桥面疲劳设计参数研究

为评估重庆两江大桥单索面斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳设计参数的合理性,对由盖板、板肋和横隔板组成的箱形正交异性钢桥面板模型进行了疲劳试验和有限元分析.基于应力等效方法,对桥面板、横隔板与纵肋三向交叉部位,进行了竖向和横向双向加载试验、等效实桥疲劳应力幅值2 000万次作用疲劳试验,在此基础上,分析了3种开孔方式、构造细节、横隔板厚度及铺装层厚度等因素对疲劳性能的影响.研究结果表明:横隔板厚度和铺装层厚度对疲劳性能的影响很大;与钥匙形和圆形相比,苹果形开孔结构的主拉应力最小,为13.7 MPa,疲劳性能最优.建议开口肋正交异性板构造横隔板厚度大于16 mm,并采用苹果形开孔方式.     

山区双车道公路驾驶员疲劳特性研究

山区双车道公路由于地形条件限制线形复杂多变,山体及路侧植被遮挡视线的现象时有发生,增加了驾驶操作的难度和强度.导致驾驶操作频繁、精神紧张.长时间高强度、大负荷的驾驶操作极易产生驾驶疲劳,进而发生交通事故.因此,研究山区双车道公路驾驶员的驾驶疲劳特性,可为山区公路的交通安全设计和管理提供参考,预防交通事故,保证人车安全.     

基于客观测度与主观估算的出行疲劳研究

出行舒适度是影响交通方式选择的要素之一,但由于缺少合理的量化方法,其评价长期停滞于定性描述,难以科学反映不同交通方式的服务水平差异。就典型出行环节进行疲劳测定实验,采集不同情况下出行者在单位时间内的客观体能消耗及其对出行疲劳的主观感受;采用自由模量幅度估计估算出行疲劳的主观感受,并与客观体能消耗进行对比。结果显示,车辆行进方式、乘车姿势、乘客负重、车内拥挤程度等均对体能消耗有显著影响,且客观体能消耗与主观感受之间存在显著差异。最后,利用实验结果以北京市和中山市为例进行案例分析,结果表明,在交通方式选择过程中,体能消耗对出行者产生的影响不亚于出行时耗。     

基于规范方法的小水线面双体船疲劳强度研究

论文介绍了船舶结构疲劳强度评估基本原理,并对一条2200t级小水线面双体船进行规范法疲劳强度评估。针对小水线面双体船结构特点,采用规范进行疲劳载荷计算;结合全船有限元计算结果进行疲劳部位筛选;采用有限元法提取疲劳部位的热点应力,并计算疲劳部位的累积损伤度。分析计算结果,提出疲劳部位优化方案。     

大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估

随着C型独立液货罐的新技术发展,目前在工业界推出了采用双体罐和三体罐构造形式的新颖大型C型独立液货罐。由于双体罐和三体罐构造的要求,在相邻罐体连接处设有Y型接头。该Y型接头位置处由于结构件交汇,构造复杂、应力集中,在船舶运动、蒸汽压力变化,以及温度变化的动载作用下有可能发生疲劳损伤。本文对新颖大型C型独立液货罐Y型接头疲劳强度评估方法的规范技术要求及制定开展了深入详尽的研究,包括对C型独立液货罐疲劳损伤计算工况择取,液货内部动压力计算公式推导,蒸气压力、温度变化等低周疲劳载荷模式确定等,创新提出一整套基于热点应力的C型独立液货罐Y型接头的疲劳损伤评估方法的规范实施要求。进一步地,还推导了基于一般实际情况假设下的C型独立液货罐Y型接头疲劳评估筛分准则,并应用本文上述研究成果和结论,进行了双体和三体罐Y型接头疲劳评估和筛分准则的应用与验证。